清华大学深圳国际研究生院范远超团队合作揭示气候干预对中国水资源南北分异的差异化影响

气候变化是全球面临的重大挑战之一。除了减排与适应之外，地球工程作为一类潜在的气候干预手段日益受到关注。其中，太阳辐射管理（SRM）通过调节地球系统的辐射平衡以减缓增温，主要包括平流层气溶胶注入（SAI）、海洋云亮化（MCB）和高层卷云减薄（CCT）三类技术路径。现有研究多聚焦于单一SRM方案的全球效应，而对不同方案在统一框架下区域水文响应，尤其是对中国这一季风系统复杂、水资源分布极不均衡的区域的影响，仍缺乏系统评估。

清华大学深圳国际研究生院范远超团队及其合作者利用挪威地球系统模式（NorESM1-ME），在高排放情景（RCP8.5）背景下模拟了三种SRM方案实施后的气候与水文响应，并以中等减排情景（RCP4.5）作为辐射强迫控制的参照目标。该研究系统揭示了不同SRM地球工程方案对中国“南涝北旱”水文格局的潜在影响，指出赤道位置SAI可能通过调节南北半球间及赤道北极间温度梯度影响大气环流，缓解中国长期存在的南北水资源不平衡问题，为统筹全球气候干预策略与区域水安全提供了关键科学依据。

研究发现，尽管三种SRM方案均能将全球升温幅度有效控制在RCP4.5相当水平，但它们对中国区域水文气候的影响呈现显著差异（图1，图2）。具体而言，SAI可能缓解中国“南涝北旱”格局，使北方年降水及地表径流净增加，南方净减少；MCB则可能加剧南方洪涝风险；而CCT与RCP4.5情景类似，可能进一步加剧北方干旱。

图1.与RCP8.5情景相比减排路径与气候干预下中国年均地表径流量预估变化

图2.与RCP8.5情景相比减排路径与气候干预下中国地表径流差异的年内分布特征

机制分析表明（图3），赤道位置SAI通过减小南北半球和赤道–极地温度梯度，引起大气环流结构调整和东亚夏季风减弱，导致东亚副热带西风急流北移、西太平洋副热带高相应压北抬，最终促使中国北方降水增加、南方减少。这一机制得到1991年皮纳图博火山喷发后中国降水变化的观测支持（图4）——该事件对季风平均态的影响及其驱动降水格局改变的机制，与赤道位置SAI的模拟结果高度吻合。

图3.SAI调控中国“南涝北旱”格局的机制示意图

图4.1991年皮纳图博火山爆发后中国降水异常观测分析

研究在统一模式框架下综合比较了三类SRM方案以及中等减排情景对中国水资源的潜在影响，强调未来气候干预策略需统筹全球温控目标与区域水文效应，高度重视不同方法的差异化风险。作为目前研究最充分的地球工程方案之一，赤道SAI不仅有助于快速缓解全球变暖、为深度减排争取关键窗口期，还可能为中国水资源管理提供更可持续的水文环境。研究人员也强调，SAI等气候干预手段绝不能替代根本性减排措施，因其既未针对气候变化的成因（二氧化碳温室效应）采取行动，也可能对地球系统其他组分带来不可预见的影响。但作为国际前沿领域，通过地球系统模式理解地球工程的区域影响及其机制，将为人类应对气候危机提供重要的前瞻性科学依据。

研究成果以“气候干预对中国水资源南北分异的差异化影响”（Divergent impacts of climate interventions on China’s north-south water divide）为题，于9月4日发表于《通讯·地球与环境》（Communications Earth & Environment）。

清华大学深圳国际研究生院博士后张潇为论文第一作者，清华大学深圳国际研究生院助理教授范远超为论文通讯作者。论文共同作者包括挪威NORCE研究中心研究员杰里·齐普特拉（Jerry Tjiputra）、挪威科技大学研究员海伦·穆里（Helene Muri）、中国科学院重庆绿色智能技术研究院研究员陈乔。研究得到国家自然科学基金、深圳市科技计划项目、挪威研究理事会项目、水利部长江治理与保护重点实验室开放基金以及重庆市水利局与四川省区域创新合作项目等多个项目的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s43247-025-02708-0

供稿：深圳国际研究生院

编辑：李华山

审核：郭玲